圖為問天實驗艙阿爾法對日定向機(jī)構(gòu)“對構(gòu)齒輪傳動”示意圖。　重慶大學(xué)供圖

7月24日14時22分，中國空間站問天實驗艙在海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，任務(wù)取得圓滿成功。記者25日從重慶大學(xué)獲悉，問天實驗艙大型太陽翼對日定向裝置的阿爾法機(jī)構(gòu)中所采用的“對構(gòu)齒輪傳動”由重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點實驗室陳兵奎教授團(tuán)隊，歷經(jīng)8年攻克多項關(guān)鍵技術(shù)自主研發(fā)。

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據(jù)介紹，問天實驗艙配置了目前國內(nèi)研制的最大面積可展收柔性太陽翼，單翼全展開狀態(tài)下長達(dá)27米，面積可達(dá)138平方米。受太陽入射角和空間站飛行姿態(tài)的影響，太陽翼的發(fā)電效率會因時段不同、姿態(tài)不同而產(chǎn)生相應(yīng)變化。問天實驗艙首次采用太陽翼雙自由度同時轉(zhuǎn)動，確保每一縷陽光都垂直照射在太陽翼上，為實現(xiàn)這一目的，問天實驗艙還使用了我國目前設(shè)計規(guī)模最大、連續(xù)工作壽命最長、傳輸功率最大的大型回轉(zhuǎn)運動類空間機(jī)構(gòu)產(chǎn)品——對日定向裝置。

圖為陳兵奎教授在機(jī)械傳動國家重點實驗室。　重慶大學(xué)供圖

重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點實驗室教授陳兵奎介紹說，對日定向裝置里的“對構(gòu)齒輪傳動”，其作用就是讓太陽翼24小時不間斷追蹤太陽，保持最高狀態(tài)的發(fā)電效率，為空間站保障用電。

這是一種新型齒輪傳動，其突出的誤差適應(yīng)能力和較高的承載能力，能夠滿足太空極端高低溫交替變化對阿爾法機(jī)構(gòu)提出的超大空間尺寸形變、高可靠、長壽命等嚴(yán)苛要求。“對構(gòu)齒輪傳動”系統(tǒng)中應(yīng)用的齒輪，經(jīng)過實驗室試驗驗證，壽命可以達(dá)到25-30年，對于太空惡劣環(huán)境的耐受能力更為優(yōu)異。

“對構(gòu)齒輪傳動的原理是我們受小時候滾鐵環(huán)的啟發(fā)提出的。”陳兵奎說，滾鐵環(huán)直走的時候，鐵環(huán)垂直于地面，而拐彎的時候，鐵環(huán)與地面傾斜，因此猜想曲線與曲面的接觸會具有很好的誤差適應(yīng)性。經(jīng)過深入的研究后，團(tuán)隊提出了具有很好誤差補(bǔ)償能力的線面對構(gòu)齒輪傳動。

圖為重慶大學(xué)科研人員展示“對構(gòu)齒輪傳動”系統(tǒng)中應(yīng)用的齒輪。　重慶大學(xué)供圖

“我們開展對構(gòu)齒輪的研究最早開始于2003年，之后陸續(xù)形成了曲線-曲線、曲線-曲面的對構(gòu)圓柱齒輪、對構(gòu)錐齒輪等理論體系。”陳兵奎稱，問天實驗艙采用的便是曲線與曲面的對構(gòu)齒輪。

在研發(fā)攻關(guān)期間，陳兵奎團(tuán)隊成員夜以繼日，經(jīng)常通宵工作。由于沒有高精度的檢測設(shè)備，需要到成都進(jìn)行協(xié)作檢測，團(tuán)隊成員一邊進(jìn)行加工，一邊接力去成都，常常早上去晚上回，奮戰(zhàn)100天，終于完成產(chǎn)品交付。

據(jù)了解，在問天實驗艙“對構(gòu)齒輪傳動”產(chǎn)品交付的同時，夢天實驗艙使用的“對構(gòu)齒輪傳動”產(chǎn)品也同時交付。下一步，陳兵奎教授實驗室團(tuán)隊還將把“對構(gòu)齒輪傳動”技術(shù)推廣至汽車、機(jī)械制造等其他行業(yè)，讓航天科研創(chuàng)造更大的社會價值。(記者 鐘旖)